Current code procedures for stress and stability analysis of new and existing concrete-gravity dams are primarily based on conventional methods of analysis. Such methods can be applied in a straightforward manner but there has been evidence that they may be inaccurate or, possibly, not conservative. This paper presents finite element modeling and analysis procedures and makes recommendations for local failure criteria at the dam-rock interface aimed at predicting more accurately the behavior of dams under hydraulic and anchoring loads.
The dams are huge structures storing a large amount of water and failures of them cause especially irreparable loss of lives during the earthquakes. They are named as a group of structures subjected to fluid-structure interaction. So, the response of the fluid and its hydrodynamic pressures on the dam should be reflected more accurately in the structural analyses to determine the real behavior as soon as possible. Different mathematical and analytical modelling approaches can be used to calculate the water hydrodynamic pressure effect on the dam body. In this paper, it is aimed to determine the dynamic response of concrete gravity dams using different water modelling approaches such as Westergaard, Lagrange and Euler. For this purpose, Sariyar concrete gravity dam located on the Sakarya River, which is 120km to the northeast of Ankara, is selected as a case study. Firstly, the main principals and basic formulation of all approaches are given. After, the finite element models of the dam are constituted considering dam-reservoir-foundation interaction using ANSYS software. To determine the structural response of the dam, the linear transient analyses are performed using 1992 Erzincan earthquake ground motion record. In the analyses, element matrices are computed using the Gauss numerical integration technique. The Newmark method is used in the solution of the equation of motions. Rayleigh damping is considered. At the end of the analyses, dynamic characteristics, maximum displacements, maximum-minimum principal stresses and maximum-minimum principal strains are attained and compared with each other for Westergaard, Lagrange and Euler approaches.
Ensuring the integrity of a country's infrastructure is necessary to protect surrounding communities in case of disaster. Embankment dam systems across the US are an essential component of infrastructure, referred to as lifeline structures. Embankment dams are crucial to the survival of life and if these structures were to fail, it is imperative that states be prepared. Southern California is particularly concerned with the stability of embankment dams due to the frequent seismic activity that occurs in the state. The purpose of this study was to create a numerical model of an existing embankment dam simulated under seismic loads using previously recorded data. The embankment dam that was studied in Los Angeles, California was outfitted with accelerometers provided by the California Strong Motion Instrumentation Program that have recorded strong motion data for decades and was processed by the Center for Engineering Strong Motion Data to be used in future engineering applications. The accelerometer data was then used to verify the numerical model that was created using finite element modeling software RS2. The results from this study showed Puddingstone Dam's simulated response was consistent with that experienced during previous earthquakes and therefore validated the predicted behavior from the numerical model. The study also identified areas of weakness and instability on the dam that posed the greatest risk for its failure. Following this study, the numerical model can now be used to predict the dam's response to future earthquakes, develop plans for its remediation, and for emergency response in case of disaster.
Time dependent creep settlements are one of the most important causes of material deteriorations for the huge water structures such as concrete faced rockfill dams (CFRDs). For this reason, performing creep analyses of CFRDs is vital important for monitoring and evaluating of the future and safety of such dams. In this study, it is observed how changes viscoplastic behaviour of a CFR dam depending the time. Ilısu dam that is the longest concrete faced rockfill dam (1775 m) in the world is selected for the three dimensional (3D) analyses. 3D finite difference model of Ilısu dam is modelled using FLAC3D software based on the finite difference method. Two different special creep material models are considered in the numerical analyses. Wipp-creep viscoplastic material model and burger-creep viscoplastic material model were rarely used for the creep analyses of CFRDs in the last are taken into account for the concrete slab and rockfill materials-foundation, respectively. Moreover, interface elements are defined between the concrete slab-rockfill materials and rockfill materials-foundation to provide interaction condition for 3D model. Firstly, dam and foundation are collapsed under its self-weight and static behaviour of the dam is evaluated for the empty reservoir conditions. Then, reservoir water is modelled considering maximum water level of the dam and time-dependent creep analyses are performed for maximum reservoir condition. In this paper, maximum principal stresses, vertical-horizontal displacements and pore pressures that may occur on the dam body surface during 30 years (from 2017 to 2047) are evaluated in detail. According to numerical analyses, empty and maximum reservoir conditions of Ilısu dam are compared with each other in detail. 4 various nodal points are selected under the concrete slab to better seen viscoplastic behaviour changes of the dam and viscoplastic behaviour differences of these points during 30 years are graphically presented. It is clearly seen that horizontal-vertical displacements and principal stresses for maximum reservoir condition are more than the empty reservoir condition of the dam and significant pore pressures are observed during 30 years for maximum reservoir condition. In addition, horizontal-vertical displacements, principal stresses and pore pressures for 4 nodal points obviously increased until a certain time and changes decreased after this time.
In this paper, a computational model for nonlinear crack damage analysis of concrete gravity dam-foundation boundary region subjected to earthquake loading is suggested. An enhanced model based on the Lee-Fenves plastic-damage model is used as the inelastic material model for a concrete dam structure and rock foundation. The suggested model is implemented numerically and used for computational earthquake simulation of Koyna dam, which was severly damaged from the strong earthquake in 1967. From the numerical result it is demonstrated that the suggested computational model can realistically represent crack initiation and propagation in the dam-foundation boundary region.
In present study, the principal stress condition needed to conduct cubical large-scale triaxial test which can reflect three dimensional stress condition (or plain strain condition) in a dam was investigated by performing model test and numerical analysis and the principal stress ratio varying with the height of CFRD was examined. Also, the principal stress ratio in CFRD body was investigated from the monitoring results of horizontal and vertical earth pressure gages, installed in the center zone and lower part of transition zone of the dam body, respectively, in order to consider the principal stress condition in the large-scale triaxial test to model the behavior of CFRD. The result of the study indicated that the principal stress ratio decreased gradually from the lower to the upper part in the dam body for its center axis and was about 0.5 and 0.2 in the lower and upper part, respectively.
Water and energy supplies are the key factors affecting the economic development and environmental improvement of Turkey. Given their important role and the fact that a large part of Turkey is in seismically active zones dams should be accurately analyzed since failure could have a serious impact on the local population environment and on a wider level could affect the economy. In this paper, a procedure is proposed for the static, slope stability, seepage and dynamic analysis of an earth dam and the Pamukcay embankment dam. The acceleration time history and maximum horizontal peak ground accelerations of the $Bing\ddot{o}l$ (2003) earthquake data was used based on Maximum Design Earthquake (MDE) data. Numerical analysis showed that, the Pamukcay dam is likely to experience moderate deformations during the design earthquake but will remain stable after the earthquake is applied. The result also indicated that, non-linear analysis capable of capturing dominant non-linear mechanism can be used to assess the stability of embankment dams.
An anisotropic damage mechanics approach is introduced which models the static and dynamic behavior of mass concrete in 3D space. The introduced numerical approach is able to model non-uniform cracking within the cracked element due to cracking in Gaussian points of elements. The validity of the proposed model is considered using available experimental and theoretical results under the static and dynamic loads. No instability and stress locking is observed in the conducted analyses. The Morrow Point dam is analyzed including dam-reservoir interaction effects to consider the nonlinear seismic behavior of the dam. It is found that the resulting crack profiles are in good agreement with those obtained from the smeared crack approach. It is concluded that the proposed model can be used in nonlinear static and dynamic analysis of concrete dams in 3D space and enables engineers to define the damage level of these infrastructures. The performance level of the considered system is used to assess the static and seismic safety using the defined performance based criteria.
In this study, the installation location of accelerometer and accelerograph for dam are investigated in the field to establish of emergency action against dam failure when earthquake occur and to guarantee the results of seismic stability of dams which are analysed with dynamic analysis method during 1999 to 2003 by KOWACO. By a comparative study concerning of domestic and foreign guidelines of seismic strong motion instrumentation for dams, "Guidelines of Seismic Strong-Motion Instrumentation Installation, Operation and Maintenance for Dams" is established to set up the standard of seismic strong-motion instrumentation for dam, are supervised by KOWACO There is some problems in taking a measure of stability of dams when earthquake event occur because the existing seismic strong motion instruments are operated independently. This make difficult to confirm the occurrence of seismic event. For that reason, in this study the plan of unified operation and maintenance system for strong-motion instrument for dams is designed. It will make possible real-time seismic monitoring, data transmission and receiving, giving warning for earthquake, and exchanging data with national seismic network.
경북 청도군 소재 운문댐의 안전진단을 목적으로 지반조사 및 계측자료의 분석이 수행되었다 특히 운문댐은 1998년에 차례에 걸쳐 댐의 정상부에 함몰현상이 발생되었으며 이러한 함몰현상이 대해 많은 조사가 이루어졌으며 이에 따라 CGS보강공법을 2000년에 시행하였다 댐의 함몰현상의 메카니즘에 대해 많은 의견이 있으나 누수에 의한 내부침식이 가장 유력하다 필댐에 있어서의 과대누수는 댐의 안정성의 평가하는데 가장 중요한 변수로 작용 하므로 토질시험 계측자료 및 시추자료를 통한 댐체의 누수 및 거동분석을 수행하였다 자료들을 종합해 본 결과 부실시공 댐의 응력전이 수압할렬의 가능성 누수 취약대 등과 같은 댐의 거동에 대한 여러 가지 정보를 얻을 수 있었다 또한 토질시험에서 코아재료의 적합성에 문제가 있었음을 발견하였다 댐 제체에서도 연약대가 발견되었
으며 여수로 근접한 부분에서 누수의 가능성이 높은 것으로 나타났다 거동분석에서는 댐 코아의 수압할렬이나 응력전이에 의한 손상이나 유로의 가능성도 배제할 수 없었다
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[게시일 2004년 10월 1일]
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